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[케이스 스터디] 철도/자동차 전기장치 개발 기업, 브이씨텍
2016-07-27 4,162 0

설계자의 CAE 활용으로 더욱 쉽고 빠른 최적 설계 수행


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브이씨텍(http://www.vctech.co.kr)은 철도 전동차와 전기차에 쓰이는 모터와 인버터, 기타 다양한 전기전자 제어장치를 개발 및 생산하는 전문기업이다. 전기전자 장치에서 발생하는 열 문제를 해결하면서 소형/경량화된 최적의 제품설계를 얻기 위해 브이씨텍은 설계자가 쉽게 CAE를 다룰 수 있는 솔리드웍스 시뮬레이션을 도입했다.

■ 정수진 편집장 sjeong@cadgraphics.co.kr

전기전자 제어장치 제품 생산과 함께 기술 개발


브이씨텍은 철도 및 전기차에 쓰이는 전기장치를 개발 및 생산하는 전문 기업이다. 지난 2002년 설립 이후 철도 차량의 에어콘, LED 전등, 보조 전원장치, 모터 추진 시스템을 비롯해 전기 자동차의 인버터 및 AC 모터 등 폭 넓은 전기전자 제어장치 관련 제품을 생산하면서 기술 개발에도 힘을 기울이고 있다.

브이씨텍 기술연구소의 안원용 책임연구원은 “개별 부품 수준에 그치지 않고 전기전자 제어를 위한 시스템 어셈블리 전체를 설계하고 제작하는 것이 브이씨텍의 차별화된 경쟁력”이라면서 “회사 창립 직후 기술연구소를 설립해 R&D를 꾸준히 진행해 왔으며, 국내 최초로 전기차를 위한 AC 모터 및 인버터를 양산하는 등 결실을 거두고 있다”고 소개했다.

최적 설계 위한 CAE 활용 방법 고민


철도 및 자동차 분야에서는 ‘경량화’가 주요한 이슈 중 하나이다. 전기전자 장치 역시 작고 가벼운 제품 설계가 중요해지고 있는데, 핵심 기능을 하는 칩과 모듈에서 발생하는 열을 식하는 히트싱크를 소형화하면서도 방열 성능을 최적화할 수 있도록 하는 것이 설계 과정에서 해결해야 하는 과제라고 한다.

안원용 책임연구원은 “전기전자 장치의 발열을 해결하기 위해서 복잡한 형태의 히트싱크를 만들어야 하는데, 기존에는 히트싱크 소자의 대략적인 열 발생 데이터를 히트싱크 업체에 전달하고, 히트싱크 업체에서 적합한 히트싱크를 제안받는 방식으로 진행했다. 이렇게 커뮤니케이션을 하는 과정에서 시간과 비용이 들고, 정확한 데이터에 기반하지 않다 보니 최적화된 맞춤 설계가 어려워 전체 시스템이 대형화되는 단점이 있었다”고 설명했다.

이러한 어려움을 해결하기 위해 브이씨텍은 CAE를 도입해 열해석과 구조해석을 자체적으로 수행하고, 정확한 예측을 바탕으로 최적 설계를 할 수 있는 방안을 고민했다. 브이씨텍이 찾은 해결 방안은 솔리드웍스 시뮬레이션(SOLIDWORKS Simulation)이었다.

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▲ 브이씨텍은 복잡한 전기전자 제어장치의 개발 과정에서 열 발생 문제를 해결하는 동시에 소형화/경량화를 이루는 것이 주요한 과제였다.

정확한 해석 데이터로 성능과 경량화 모두 충족


솔리드웍스 시뮬레이션은 고가의 CAE 소프트웨어에 비해 가격이 저렴하면서 실제 시험 데이터와 크게 다르지 않은 해석 결과를 얻을 수 있는 것이 장점이다. 또한 브이씨텍이 설계에 사용하고 있는 카티아와도 매끄러운 연동이 가능하고, 기구 설계자의 접근성이 높다는 점도 도입을 결정한 배경이 되었다.

이전에는 실물 진동시험 등을 통해 제품 설계의 노하우를 축적하는 경우가 대부분이었는데, 때로는 필요 이상으로 두꺼워진다거나 하는 경우도 있었다. 하지만 이제는 CAE 해석을 통해 정확한 데이터를 얻고, 이를 근거로 최적의 설계로 생산하는 것이 가능해졌다.

성능 효율과 경량화/소형화라는 두 마리 토끼를 잡기 위해서 정확한 열해석 결과를 얻고 효과적으로 활용하는 것이 중요하다. 브이씨텍은 솔리드웍스 시뮬레이션으로 열해석과 구조해석을 하면서 최적 설계를 얻을 수 있었다. 또한 정확한 데이터를 근거로 기구나 박스 제작업체와 더욱 효과적으로 커뮤니케이션할 수 있게 되었다.

안원용 책임연구원은 “CAE 해석을 자체 수행하면서 실제 열 발생 데이터를 기반으로 정확한 예측 결과를 얻을 수 있었고, 이를 바탕으로 히트싱크를 소형화할 뿐만 아니라 소자 배치 등 전반적인 설계 최적화가 가능해졌다. 외주 진행을 대체함으로써 제품 개발 기간과 비용을 줄이고, 보고서 등 자료 제작에 솔리드웍스 시뮬레이션의 해석 결과 이미지를 사용하면서 설계에 대한 이해도를 높일 수 있게 된 것도 성과”라고 설명했다.

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▲ 브이씨텍은 솔리드웍스 시뮬레이션을 활용해 설계자가 직접 열해석과 구조해석을 수행하고, 정확한 데이터를 바탕으로 최적 설계를 빠르게 얻을 수 있었다.

설계자의 CAE 접근성과 함께 개발 효율도 향상


지난 2011년 처음 솔리드웍스 시뮬레이션을 도입한 이후 브이씨텍은 현재 개발하는 모든 제품에 대해 솔리드웍스 시뮬레이션으로 설계를 검증하고 있으며, 유동해석에 활용한 성과를 바탕으로 구조해석(진동해석)까지 솔리드웍스 시뮬레이션을 활용하고 있다. 또한 설계 툴인 솔리드웍스를 함께 도입해 해석용 모델러로 활용하고 있다. 전반적인 진행 과정은 ▲카티아로 기본 부품을 배치하고 해석을 위해 모델을 간소화한 후 ▲솔리드웍스에서 이 데이터를 열어 해석조건을 부여하고 메시를 생성하면 ▲솔리드웍스 시뮬레이션으로 해석을 진행하는 방식으로 이뤄지고 있다.

회사 내에서 직접 CAE를 진행하는 과정이 순탄한 것만은 아니었다고 한다. 기구설계만 하던 설계 엔지니어가 생소한 해석 분야에 접근해야 하고, 구조설계와 해석을 병행해야 하는 점은 도입 과정에서 넘어야 할 과제이기도 했다. 브이씨텍은 다쏘시스템코리아 및 파트너사인 노드데이타의 지원과 교육 등을 활용하면서 솔리드웍스 시뮬레이션을 익히는 과정을 진행하고, 꾸준히 실무에 사용하면서 성과를 높일 수 있었다.

안원용 책임연구원은 “이전에는 소프트웨어 사용이 어렵고 입력해야 하는 값도 많다는 점 때문에 CAE를 사내에서 활용하기 어렵다는 인식이 있었다. 하지만 솔리드웍스 시뮬레이션은 입력 데이터가 적고 많은 명령을 사용하지 않아도 쉽게 해석이 가능해 CAE에 익숙치 않은 설계자가 접근하기에 크게 어렵지 않은 툴이라고 생각한다”고 전했다.

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"소형화/경량화한 제품을 효과적으로 개발하기 위해 CAE를 고민하게 되었다. 솔리드웍스 시뮬레이션은 설계자의 접근성이 높은 CAE 소프트웨어로, 정확한 데이터를 기반으로 최적설계가 가능해 제품 개발 기간과 비용을 줄이고 설계에 대한 이해도를 높일 수 있었다."
- 브이씨텍 기술연구소 안원용 책임연구원



기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

정수진 sjeong@cadgraphics.co.kr


출처 : CAD&Graphics 2016년 8월호

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